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1、,第15章 蛋白质的生物,合成 翻译,Protein BiosynthesisTranslation,本章主要内容：翻译系统,蛋白质生物合成的过程多肽链翻译后的修饰（自学）蛋白质的到位（自学）,原料氨基酸，20种,mRNA是合成蛋白质的“蓝图（或模板）”,tRNA是原料氨基酸的“搬运工”,rRNA与多种蛋白质结合成核糖体作为合成多肽链,的装配机（操作台）,1.蛋白质的翻译系统,蛋白质翻译系统示意图,mRNA是遗传信息的载体（载有遗传密码），是合成蛋白质的蓝图（模板），它以一系列三联体密码子（codon）的形式从DNA转录了遗传信息。每个密码子代表一个氨基酸。,mRNA占细胞总RNA的5-10%
2、，不稳定，寿命短。原核的mRNA 是多顺反子。真核的mRNA 是单顺反子。,mRNA，信使RNA,遗传密码,概念：是指DNA或由其转录的mRNA 中的核苷酸（碱基）顺序与其编码的蛋白质多肽链中氨基酸顺序之间的对应关系。,起始密码子：AUG,终止密码子：UAA、UAG、UGA,遗传密码表,mRNA分子中含有密码子信息的区域称为开放阅读框架（open reading frame，ORF）。它的5-端为起始密码子，3-端,为终止密码子。,AUG,UAA,5,3,ORF,遗传密码的特点：,连续性（commaless）,mRNA分子的ORF中，组成遗传密码的三联体没有间断，须3个一组连续读下去，直至出现
3、终止密码子为止。,mRNA链上碱基的插入或缺失，就会改变密码阅读的顺序，造成框移，使下游翻译出的氨基酸完全改变，即移码突变。,简并性（degeneracy）,一种氨基酸可有几个意义相同的密码子，即同义密码子。除Trp、Met外，其余氨基酸均有24个最多达6个密码子。同义密码子之间，前两个碱基均相同，只是第三个碱基不同。若头两个碱基发生点突变，可译出不同氨基酸，而第三个碱基的突变，不会 影响氨基酸的翻译。,摆动性（wobble）,反密码子和密码子配对时，有时会出现不严格遵守碱基配对规律的情况，称为遗传密码的摆动现象。,这一现象常见于反密码子 的第一位碱基与密码子,的第三位碱基之间。,A U C,
4、密码子、反密码子配对的摆动现象,反密码子第一位碱基密码子第三位碱基,IA,C,U,UA,G,GC,U,变偶性反密码子5端的碱基与密码子的第三位配对不严格,通用性（Universal）,从病毒直到人类，细胞核 DNA指导的蛋白,质合成都使用同一套遗传密码。,原核tRNA有30-40种，真核有50-60种，含70-90个,核苷酸，并有多种稀有碱基。,tRNA是最小的RNA，占细胞总RNA 的15%左,右，其功能是搬运氨基酸和解读密码子。,tRNA 具有“四环一臂”和“三叶草”形的典型结构。,tRNA，转运RNA,tRNA的结构“四环一臂”,倒L形的三级结构,tRNA的功能是解读mRNA上的密码子和
5、搬运氨基酸,tRNA上至少有4 个位点与多肽链合成有关：即3CCA氨基酸接受位点、氨基酰-tRNA合成酶识别位点、核糖体识别位点和反密码子位点。,每一个氨基酸有其自身的tRNA。氨基酸的羧基与tRNA的 3,CCA-OH以酯键结合。,氨基酸与mRNA相应的密码子正确“对号”须依赖于tRNA的反,密码子。,核糖体是rRNA 与几十种蛋白质的复合体，有大、小两个亚基构成。含有合成蛋白质多肽链所必需的酶、起始因子（IF）、延伸因子（EF）、释放因子（RF）等。,原核的核糖体（70S）=30S小亚基+50S大亚基,其中 30S小亚基含16S rRNA 和21种蛋白质50S大亚基含23S，5SrRNA和
6、34种蛋白质,真核的核糖体（80S）=40S小亚基+60S大亚基,其中 40S 小亚基含18S rRNA 和33种蛋白质,60S 大亚基含28S，5.8S，5SrRNA和45种蛋白质,rRNA与核糖体（ribosome）,rRNA 只有4-5种，,占细胞RNA 的大部分。图为两种rRNA的结构,核糖体,核糖体的结构,小亚基,大亚基,tRNA,原核70S核糖体和真核 80S核糖体的结构和组成,核糖体有4个基本功能,1.容纳mRNA，并能沿着mRNA由5-3,移动，由tRNA解读其密码；,2.氨基酰位点（A位点），可结合氨,基酰-tRNA（AA-tRNA）；,3.肽酰基位点（P位点），可结合肽,酰
7、基-tRNA（肽-tRNA）；,4.脱氨酰基 tRNA 释放的部位（E位,点）,核糖体-mRNA-tRNA复合体,AAtRNAATPAAtRNAAMPPPi-,所有参与合成多肽链的氨基酸都要激活，并由数十种高度专一的 氨基酰-tRNA合成酶催化。该酶由两个识别位点，它们能 识别特定的氨基酸和选择其所对应的 tRNA，使两者连接起来（利用 ATP）。,反应如下：,氨基酸的羧基与 tRNA 的3端CCA-OH 以酯键相连，因此其氨基是,自由的。,2.蛋白质的生物合成过程,2.1 氨基酸的活化,氨酰基-tRNA合成酶,氨基酰tRNA合成酶催化氨基酸的活化,氨基酸与tRNA的连接方式,酯键,氨基酰-t
8、RNA合成酶,使原料氨基酸活化和由由tRNA携带氨基酸,“对号入座”。,每一个酶可识别一个特定的氨基酸和与此对应的一个或多个个tRNA的特定部位。有水解不适当结合的氨基酸，纠正酰基,化错误的作用。,特殊的氨基酸（Met）及其tRNA启动了蛋白质的翻译,首先IF1、IF3帮助30S小亚基与mRNA结合，IF2和GTP 帮助甲酰甲硫氨酸-tRNA与AUG配对，接着IF3脱离，形成30S,起始复合物。50S大亚基进入，IF1和IF2脱离，形成50S 起始复合物，需要GTP。甲酰甲硫氨酸-tRNA处于P位。,2.2 起始复合物的形成,起始密码AUG上游的S.D序列与16S rRNA3端互补结合有利于
9、30S起始复合物的形成,一个嘌呤丰富区,起始密码,2.3 肽键的形成和延伸,（注意新的AA-tRNA如何定位，第一个肽键如何形成，核糖体如何移动）,氨酰基tRNA进入A位,肽键的形成,移位,氨基酸进位，肽链形成和延伸，核糖体沿着mRNA,的5 3 方向移位，循环往复，新合成的肽链由氨基,端向着羧基端不断延长，直至mRNA上出现终止密码，相应的肽链释放因子RF1（对应UAA、UAG），RF2（对应UAA、UGA）占据A位。肽链的合成终止，并从核糖体上释放。,核糖体大、小亚基解聚，并进入下一轮合成。,2.4 肽链的终止,蛋白质合成的终止,多核糖体：,多个核糖体同时结合在同一条mRNA上由5 3进行
10、翻译，形成多核糖体（polyribosome）。,3.多肽链的修饰和加工,概念：从核糖体释放的多肽链，不一定具备生物活性。肽连从核糖体释放后，经过细胞内各种修饰处理过程，成为有活性的成熟蛋白质，称为翻译后加工。,加工包括：修饰和折叠,蛋白质的修饰,(1)N端修饰 原核生物修饰时是由肽甲酰基酶除去甲酰基，多数情况甲 硫氨酸也被氨肽酶除去，真核生物中甲硫氨酸则全部被切除。,(2)多肽链的水解切除 水解切除其中多余的肽段，使之折叠成为有活性的酶或蛋白质。如酶原激活。,(3)氨基酸侧链的修饰,氨基酸侧链的修饰包括羟,化、羧化、甲基化及二硫链的形成等。,(4)糖基化修饰,糖蛋白是细胞蛋白质组成的重要,成
11、分。它是在翻译后的肽链上以共价键与单糖或寡聚糖连接而成。糖基化是在酶催化下进行的。,蛋白质的折叠,至少有两类蛋白质参与多肽链在体内的折叠过,程，可称之为助折叠蛋白。,第一类是酶：蛋白质二硫键异构酶（PDI）,肽酰脯氨酰顺反异构酶（PPI）,第二类是分子伴侣,4.蛋白质的转位,由核糖体合成的许多蛋白质要从它们合,成的地方转运至细胞的其他部位或分泌到细胞外发挥生物学作用，称为 蛋白质的转位。,有两个主要途径：,共翻译转位和翻译后转位,蛋白质合成的部位在核蛋白体，合成,后的去向是下列三者之一：,保留在胞浆；,进入细胞核、线粒体或其他细胞器；,分泌至体液，然后输送至该蛋白质应起作,用的靶器官和靶细胞。,蛋白质信号肽转运学说,信号肽（signal peptide）：未成熟蛋白中，可被细胞,识别系统识别的特征性氨基酸序列。,共同特点：10-40个氨基酸残基组成,三个区段：N端，碱性氨基末端（碱性氨基酸）,中间区，疏水活性区（中性氨基酸）C端，加工区（含小分子氨基酸）,共翻译转位,分泌蛋白信号肽序列及其特点,1.长度一般在13-36个氨基酸，其羧基端有信号肽酶,的切点，在肽酶切点附近常见丙氨酸,2.常有10-15个疏水氨基酸残基，在氨基末端附近,通常有一个以上带正电荷的氨基酸残基,蛋白质的共翻译转位,
